同步电机和异步电机的区别和联系

分析 : 交流绕组的核心问题就是交流绕组的构成、交流绕组的电动势、交流绕组的磁动势这三部分。构成是基础, 电动势和磁动势是最终获得的性能。按照传统的分类方法, 交流电机一般是指感应电机和同步电机。感应电机主要用作电动机, 而同步电机主要用作发电机, 如大型汽轮发电机和水轮发电机, 用作电动机时候主要是永磁转子结构的交流永磁同步电机。那怎么理解这个共同问题呢?

从电动机的角度来看, 交流绕组的作用就是通过绕组构成在空间形成一个多对极的以同步转速 旋转的磁场, 如图 1 ( a) 所示。

(1) 如果在转子上用永磁体形成一个恒定磁场 (如图 1 (b) 所示), 则在不失步的情况下转子必然随旋转磁场转动且转速相同, 这就是一台永磁同步电动机, 特点是结构简单。

(2) 如果在转子上设置一个绕组并通直流电, 也形成一个恒定磁场, 如图 1 (c) 所示, 显然效果和上面的永磁同步电动机一样, 也会同步旋转, 这就是一台电励磁同步电动机, 唯一的问题是在转动的转子上如何实现通电。

(3) 如果在转子上设置一个绕组并使之短路, 如图 1 (d) 所示, 那么导体就会切割旋转磁场产生电动势, 进而产生电流、电磁力, 最后跟着旋转磁场一起旋转, 这就是一台感应电动机。当然大家还可以想像一下, 如果给转子绕组通一个交流电, 交流电的频率和定子绕组电流频率或者相同,或者不同, 那会是什么结果呢?

图 1  交流电机的原理对比——(a) 旋转磁场的构成

图 1  交流电机的原理对比——(b) 永磁同步电动机

图 1  交流电机的原理对比——(c) 电励磁同步电动机

图 1  交流电机的原理对比——(d) 感应电动机

因此, 从上面可以看出, 交流绕组就是给交流电机提供了一个旋转磁场, 至于是什么交流电机, 则取决于转子结构。如果不考虑性能最优的问题, 感应电动机、永磁同步电动机、电励磁同步电动机都可以共用一个定子, 这就足以说明交流绕组对交流电机的共同支撑作用了。

参考文献：

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5. Theodore Wildi. <Electrical Machines, Drives, and Power Systems> (5th edition), 2002.